协作认知无线电网络中的安全传输问题研究
发布时间：2021-01-04 18:25
协作认知无线电技术作为一种基于协作方式的认知无线电技术,既解决了次级用户频谱资源短缺的难题,也可以在次级用户的协助下提高主用户的传输性能。但是随着无线通信的快速发展,由于无线信道本身的广播特性以及次级用户的非授权特性而引发的协作认知无线电网络的安全问题却越来越严重。考虑到传统加密算法以及密钥分配管理的高复杂度不适用于协作认知无线电网络,本文利用基于无线信道自身特性的物理层安全技术来保证用户的安全传输。5G和物联网技术的推进使得网络节点数量剧增,对全部节点实现持续供能变成了另一大难题,因此本文进一步考虑到协作认知无线电网络中的次级用户是能量受限用户,提出了利用能量收集技术来实现次级用户的自我供能。针对上述描述,本文研究了基于能量收集技术的协作认知无线电网络中无直连链路主用户的安全可靠传输问题,其主要研究内容为:（1）首先,研究了基于收集-使用模式能量收集技术的协作认知无线电网络的安全传输问题。针对窃听风险,提出了一种双阶段协作干扰策略确保主用户的安全传输。作为协作者的次级用户都利用射频能量收集技术在通信的第一阶段收集能量,并将能量用于第二阶段的信号转发和干扰发送。根据通信流程,以最大化主...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１保密系统一般模型??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｓｅｃｕｒｉｔｙ?ｓｙｓｔｅｍ??
码的方法来实现消息的安全传输。Ｗｙｎｅｒ在其１９７５年发表的论文中创造性地研究?．??了三节点窃听信道模型其具体模型图如下图１－２所示：??？??Ｅｖｅ??合法信道：?？窃听信道：一＊＊？％？－？－??图１－２窃听信道模型??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｔｈｅ?ｗｉｒｅｔａｐ?ｃｈａｎｎｅｌ??在此模型中Ａｌｉｃｅ想要与Ｂｏｂ进行通信，但是Ｅｖｅ会窃听他们的信息。Ｗｙｎｅｒ证明??在合法用户信道质量优于窃听信道质量的前提下，可以通过适当的安全编码使得??Ｂｏｂ能以任意小的错误概率从Ｙ中得出源消息Ｘ，而窃听者Ｅｖｅ则几乎从Ｚ中得??不到任何有用消息，即实现了完美保密性。除此以外，Ｗｙｎｅｒ首次提出了安全容量??（Ｓｅｃｒｅｃｙ?Ｃａｐａｃｉｔｙ）为可以实现完美保密性的传输速率解集中的最大值。紧接着，在??此基础上Ｃｓｉｓｚａｒ和Ｌｅｕｎｇ－Ｙａｎ－Ｃｈｅｏｎｇ在１９７８年进一步研究了广播窃听信道［１１］模??型和高斯窃听信道［１２］模型。Ｌｅｕｎｇ－Ｙａｎ－Ｃｈｅｏｎｇ还在其论文中推导出了高斯窃听信??４??
３．１．１系统模型??本章节研宄的协作认知无线电网络模型由一对主用户和若干个次级用户组??成，如图３－１所示。由于需要通信的主用户对ＰＵ－Ｓ和ＰＵ－Ｄ之间没有直接链路，??因此其中一个次级用户ＳＵ－Ｒ作为中继来协助传输。因为次级用户为非授权用户，??可能存在恶意的次级用户会窃听主用户的信息，因此模型中存在一个潜在窃听者??ＳＵ－Ｅ。为了防止窃听，另一个次级用户ＳＵ－Ｊ作为友好千扰者发送人工噪声信号??来干扰窃听者。友好干扰者ＳＵ－Ｊ为多天线用户，其天线数量为见其他用户都为??单天线用户。ＳＵ－Ｒ和ＳＵ－Ｊ都是能量受限或是没有多余能量来协助主用户传输的??具有能量收集功能的设备，因此ＳＵ－Ｒ和ＳＵ－Ｊ用于协助主用户的能量全部来源于??在通信的第一阶段对主用户所发信号进行ＲＦ－ＥＨｏＳＵ－Ｊ的千扰作用只对通信的第??二阶段起作用，进而提出了目的节点协助干扰的策略，即在通信的第一阶段ＰＵ－Ｄ??发送人工噪声信号，因此通信的两个阶段都是受保护的。??ＳＵ－Ｅ＾?｜?ＳＵ－Ｅ＾??ｈｓＥ／Ｚ?Ｉ?ｈ?／??｜）?＾?ｆｔ?＾?＾—｜ｊ?｜?｜）??ＰＵ－ｓ＼／?ＳＵ－Ｊ?＞＾ＰＵ－Ｄ?ＰＵ－Ｓ?ＳＵ－Ｊ?ＰＵ．Ｄ??Ｉ?象??ＳＵ－Ｒ?Ｉ?ＳＵ－Ｒ??信号链路?？?噪声链路?ｖ?窃听链路一??第一阶段?第二阶段??Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ｐｈａｓｅ?Ｔｈｅ?ｓｅｃｏｎｄ?ｐｈａｓｅ??图３－１系统模型图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－１?Ｓｙｓｔｅｍ?ｍｏｄｅｌ??假设所有用户之间的无线信道都为准静态块瑞利衰减信道
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线通信物理层安全方法综述[J]. 胡爱群,李古月. 数据采集与处理. 2014(03)
[2]协作通信技术的研究进展[J]. 詹瑞,刘俊. 数字通信. 2013(01)
[3]无线传感器网络能量收集技术分析[J]. 杜冬梅,何青,张志. 微纳电子技术. 2007(Z1)
博士论文
[1]协作认知无线电网络中物理层安全问题研究[D]. 李振.北京交通大学 2017
硕士论文
[1]面向动态窃听的物理层安全策略设计[D]. 田宇琪.北京交通大学 2018
[2]协作认知无线电网络的资源分配和中继选择研究[D]. 李意文.西安电子科技大学 2016
本文编号：2957211
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１保密系统一般模型??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｓｅｃｕｒｉｔｙ?ｓｙｓｔｅｍ??
码的方法来实现消息的安全传输。Ｗｙｎｅｒ在其１９７５年发表的论文中创造性地研究?．??了三节点窃听信道模型其具体模型图如下图１－２所示：??？??Ｅｖｅ??合法信道：?？窃听信道：一＊＊？％？－？－??图１－２窃听信道模型??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｔｈｅ?ｗｉｒｅｔａｐ?ｃｈａｎｎｅｌ??在此模型中Ａｌｉｃｅ想要与Ｂｏｂ进行通信，但是Ｅｖｅ会窃听他们的信息。Ｗｙｎｅｒ证明??在合法用户信道质量优于窃听信道质量的前提下，可以通过适当的安全编码使得??Ｂｏｂ能以任意小的错误概率从Ｙ中得出源消息Ｘ，而窃听者Ｅｖｅ则几乎从Ｚ中得??不到任何有用消息，即实现了完美保密性。除此以外，Ｗｙｎｅｒ首次提出了安全容量??（Ｓｅｃｒｅｃｙ?Ｃａｐａｃｉｔｙ）为可以实现完美保密性的传输速率解集中的最大值。紧接着，在??此基础上Ｃｓｉｓｚａｒ和Ｌｅｕｎｇ－Ｙａｎ－Ｃｈｅｏｎｇ在１９７８年进一步研究了广播窃听信道［１１］模??型和高斯窃听信道［１２］模型。Ｌｅｕｎｇ－Ｙａｎ－Ｃｈｅｏｎｇ还在其论文中推导出了高斯窃听信??４??
３．１．１系统模型??本章节研宄的协作认知无线电网络模型由一对主用户和若干个次级用户组??成，如图３－１所示。由于需要通信的主用户对ＰＵ－Ｓ和ＰＵ－Ｄ之间没有直接链路，??因此其中一个次级用户ＳＵ－Ｒ作为中继来协助传输。因为次级用户为非授权用户，??可能存在恶意的次级用户会窃听主用户的信息，因此模型中存在一个潜在窃听者??ＳＵ－Ｅ。为了防止窃听，另一个次级用户ＳＵ－Ｊ作为友好千扰者发送人工噪声信号??来干扰窃听者。友好干扰者ＳＵ－Ｊ为多天线用户，其天线数量为见其他用户都为??单天线用户。ＳＵ－Ｒ和ＳＵ－Ｊ都是能量受限或是没有多余能量来协助主用户传输的??具有能量收集功能的设备，因此ＳＵ－Ｒ和ＳＵ－Ｊ用于协助主用户的能量全部来源于??在通信的第一阶段对主用户所发信号进行ＲＦ－ＥＨｏＳＵ－Ｊ的千扰作用只对通信的第??二阶段起作用，进而提出了目的节点协助干扰的策略，即在通信的第一阶段ＰＵ－Ｄ??发送人工噪声信号，因此通信的两个阶段都是受保护的。??ＳＵ－Ｅ＾?｜?ＳＵ－Ｅ＾??ｈｓＥ／Ｚ?Ｉ?ｈ?／??｜）?＾?ｆｔ?＾?＾—｜ｊ?｜?｜）??ＰＵ－ｓ＼／?ＳＵ－Ｊ?＞＾ＰＵ－Ｄ?ＰＵ－Ｓ?ＳＵ－Ｊ?ＰＵ．Ｄ??Ｉ?象??ＳＵ－Ｒ?Ｉ?ＳＵ－Ｒ??信号链路?？?噪声链路?ｖ?窃听链路一??第一阶段?第二阶段??Ｔｈｅ?ｆｉｒｓｔ?ｐｈａｓｅ?Ｔｈｅ?ｓｅｃｏｎｄ?ｐｈａｓｅ??图３－１系统模型图??Ｆｉｇｕｒｅ?３－１?Ｓｙｓｔｅｍ?ｍｏｄｅｌ??假设所有用户之间的无线信道都为准静态块瑞利衰减信道
【参考文献】：
期刊论文
[1]无线通信物理层安全方法综述[J]. 胡爱群,李古月. 数据采集与处理. 2014(03)
[2]协作通信技术的研究进展[J]. 詹瑞,刘俊. 数字通信. 2013(01)
[3]无线传感器网络能量收集技术分析[J]. 杜冬梅,何青,张志. 微纳电子技术. 2007(Z1)
博士论文
[1]协作认知无线电网络中物理层安全问题研究[D]. 李振.北京交通大学 2017
硕士论文
[1]面向动态窃听的物理层安全策略设计[D]. 田宇琪.北京交通大学 2018
[2]协作认知无线电网络的资源分配和中继选择研究[D]. 李意文.西安电子科技大学 2016
本文编号：2957211
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